(57)【要約】    【課題】  スクリーン印刷の手法によって、スクリーン２６の開口部２７を通して導電性ペースト４５を回路基板２５の表面に塗布し、リフローによって表面張力を利用してボール状電極を形成する際に、ペースト状物質をスクリーン印刷によって塗布する際の空気だまりによるボール状電極の寸法および高さ方向の寸法のバラツキをなくす。    【解決手段】  スキージ３０の接合面３６に臨むように保持用凹部３７と負圧用凹部３８とを形成しておき、ペースト供給管３９によって保持用凹部３７に導電性ペースト４５を供給し、しかも圧力調整管４０によって導電性ペースト４５に圧力を加える。これに対して減圧吸引管４１によって負圧用凹部３８を減圧する。そしてスキージ３０をスクリーン２６上を移動させる際に、先に開口部２７に接する負圧用凹部３８によって開口部２７を減圧し、この状態で保持用凹部３７内に保持されている導電性ペースト４５を開口２７に充填していく。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置に開口部を有するスクリーン上をスキージを移動させ、前記スクリーンの開口部を通してペースト状物質をワークに塗布するようにしたスクリーン印刷装置において、
前記スキージの前記スクリーンに接する部位に前記ペースト状物質を保持する凹部と、前記スクリーンの開口部を減圧する減圧手段とを設け、前記減圧手段によって減圧した後に前記凹部から前記ペースト状物質を前記スクリーンの開口部に供給することを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項２】
前記スキージの前記ペースト状物質を保持する凹部が加圧手段を備え、該加圧手段によって供給するペースト状物質を加圧することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項３】
前記スキージの前記スクリーンの開口部を減圧する手段が前記スキージの進行方向において前記ペースト状物質を保持する凹部に対して前方に設けられた凹部であって、吸引手段によって内部が減圧されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項４】
前記スクリーンの開口部を減圧する凹部が前記ペースト状物質を保持する凹部に対して前記スキージのストローク方向の両側に設けられることを特徴とする請求項３に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項５】
前記スキージの前記ペースト状物質を保持する凹部と前記スクリーンの開口部を減圧する凹部との間の隔壁のストローク方向の厚さが前記スクリーンの開口部のストローク方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項６】
前記ペースト状物質が導電性ペーストであって、該導電性ペーストを再溶融してボール状電極を形成することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項７】
前記ペースト状物質が封止樹脂であって、基板上に実装された半導体チップを封止することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリーン印刷装置に係り、とくに所定の位置に開口部を有するスクリーン上をスキージを移動させ、スクリーンの開口部を通してペースト状物質をワークに塗布するようにしたスクリーン印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路装置の製造の工程において、スクリーン印刷の技術が広く応用されている。とくに回路基板の小型化と高密度実装化に伴って、高粘度ペーストによる高アスペクト比のスクリーン印刷や、スクリーン印刷による微細個所充填の必要性が高まっており、このような高性能なスクリーン印刷装置が求められている。
【０００３】
例えばボール状電極をマトリックス状に半導体チップを覆うパッケージの一方の表面に実装したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ、Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型の半導体装置のパッケージにおいては、上記外部接続端子としての導電性ボールをパッケージの外表面上に形成する必要がある。このような導電性ボールの形成方法には、従来より次のような３種類の方法が用いられている。
【０００４】
その第１の方法は、予め球状に形成された半田ボール等の導電性ボールをパッケージの所定の位置に装着するものである。この場合にはパッケージの所定の位置に予めフラックスあるいは半田ペーストをスクリーン印刷によって塗布しておく。そしてボールマウンタにより、上記導電性ボールをマウントする。導電性ボールはフラックスあるいは半田ペーストの粘着力によってパッケージの外表面に仮止めされているために、この後静かにリフロー炉の中に導くと、フラックスあるいは半田ペーストの溶融によって上記導電性ボールが電極に接続された状態で固着される。
【０００５】
このようなボールマウントは、専用のボールマウンタを必要とする。ところが近年の高密度実装化によって、要求される小径のボールをマウントするためのマウンタは非常に高価であるために、直径が小さな小径の導電性ボールを用いたボールグリッドアレイパッケージのコストアップの原因になっている。
【０００６】
また温度サイクルの信頼性と高さ方向の寸法が小さい低背とを両立させるボールグリッドアレイとして、図７に示す構造が提案されている。この構造は半導体チップ１を図７に示す状態とは逆様の状態で補強板２上に実装し、接続用ワイヤ３によって半導体チップ１の電極と補強板２の電極とを接続し、封止樹脂４によって封止するものである。そして外部電極を形成するための補強板２の表面側に電極用開口５を形成し、この開口５に半田ボール６を導入するものである。
【０００７】
このようなボールマウント方式は、補強板２の開口部５に導電性ボール６を形成する構造の電極を採用しており、外部電極開口部５への導電性ボール６のマウントの確実性と、半導体チップ１の電極と導電性ボール６の接続の確実性を確保することが難しい。すなわち補強板２の開口部５にマウントした導電性ボール６がリフローの段階で半導体チップ１の電極に正しく接続しない場合があり、これによって不良品が発生する。
【０００８】
第２の方法は、電極を取付ける位置に予め厚さの大きな電気メッキを行なう。そしてこの後にメッキで形成された金属層を溶融させて表面張力によってボールとするものである。ところが厚さ方向の寸法の大きなメッキは、長時間を要し、所望の大きさのボール状電極を形成するためには例えば２時間程度のメッキを行なう必要がある。このことから工程に要する時間が増大し、コストが増大する欠点がある。
【０００９】
第３の方法は、図８に示す方法である。ここではベース１０上に回路基板１１等のワークを載置し、その上にスクリーン１２を重ね、スキージホルダ１３の先端部に保持されているスキージ１４によって導電性ペースト１５を塗布し、スクリーン１２の開口部１６を通して導電性ペースト１５を回路基板１１の表面に塗布するものである。すなわち導電性ペースト１５をスクリーン印刷によって回路基板１１上に塗布し、塗布された導電性ペースト１５を溶融させてその表面張力によってボールとするものである。
【００１０】
この第３の方式は、図８に示すような導電性ペースト１５の印刷工程と、溶融（リフロー）の２工程から構成され、上記第１の方法および第２の方法に比べて生産性が高く、工程で必要な印刷機およびリフロー装置も廉価な汎用の装置で済むことになる。従って低コストのＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）パッケージが提供できる。
【００１１】
しかるにスクリーンの開口部に対するスクリーンの厚さ方向の寸法が大きな高アスペクト比印刷や小径であって有底の穴への導電性ペースト１５の印刷に関しては、図８および図９Ａに示すように、印刷される導電性ペースト１５の底部に空気だまり１７を生ずる問題がある。空気だまり１７を生ずると、この空気だまり１７の体積に相当する分だけ導電性ペースト１５の供給量が減少する。従ってこのような状態でリフローを行なうと、図９Ｂに示すように空気だまり１７の体積に相当する部分ボール状電極１８の寸法が小さくなる。すなわち回路基板１１上に形成されるボール状電極１８の大きさおよび高さが空気だまり１７の存在によって不揃いになり、場合によっては接続不良の原因になる可能性がある。
【００１２】
なお高粘度ペースト材の微細個所充填印刷の例としては、図８および図９に示すようなボール状電極を形成するための導電性ペースト１５の印刷の他に、プリント基板１１の表面や内部に形成した各種の配線層を接続するためのビアホールへの導電性ペーストの印刷や、メッキによってビア接続した穴への絶縁樹脂ペーストの充填の要求がある。またビアホールの穴埋めに関しては、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂をスクリーン印刷等によってスルーホール内に充填後、熱、光、または熱と光の併用によって樹脂を硬化させる技術が広く用いられている。
【００１３】
しかしながら電子機器の小型化に伴って、使用される回路基板の配線層の高密度化が進み、小径ビアの要求が高まっている。従来の印刷技術によると小径ビアの内部に空気を残留させることなくペーストを充填させることが困難であって、例えば特開平６−３９９９８号公報では、貫通穴の下から真空吸引する方法によって残留空気を除去しているが、有底穴に対してはこのような方法が適用できない。
【００１４】
高粘度ペースト材の微細個所充填印刷のさらなる例としては、基板上に搭載された半導体素子等の電子部品に対して封止樹脂を印刷する要求がある（図６参照）。この基板上の電子部品への封止樹脂印刷に関しては、フリップチップ接続の半導体素子の下面やワイヤボンド接続のワイヤへの樹脂充填が技術的課題になる。そしてその解決法としては、樹脂封止印刷後に真空脱泡装置により残留空気を除去する方法や、真空印刷法等が用いられている。
【００１５】
真空脱泡装置による方法は、脱泡に要する時間がかかる。また残留空気の体積が一定でないために、印刷されたペースト体積の減少が不均一になり、このために封止樹脂の厚さが一定しない問題がある。
【００１６】
これに対して真空印刷法は、上記の真空脱泡による方法の問題を解決するための方法であるが、特許第３２０３３４５号公報のように、装置が大型化しかつ高価格化する上に、真空中での印刷であることから、印刷条件を設定するための印刷状況の観察が困難になる問題がある。
【００１７】
【特許文献１】特開平６−３９９９８号公報
【特許文献２】特許第３２０３３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本願発明の課題は、高精度にペースト状物質をワーク上に塗布することが可能なスクリーン印刷装置を提供することである。
【００１９】
本願発明の別の課題は、高粘度ペースト材の高アスペクト比印刷が可能なスクリーン印刷装置を提供することである。
【００２０】
本願発明のさらに別の課題は、微細個所充填印刷の問題点の解消を図るようにしたスクリーン印刷装置を提供することである。
【００２１】
本願発明のさらに別の課題は、ペースト状物質中に残留する空気による塗布量の不均一さを除去するようにしたスクリーン印刷装置を提供することである。
【００２２】
本願発明のさらに別の課題は、ボール状電極を形成するための導電性ペーストを均一にワーク上に塗布するようにしたスクリーン印刷装置を提供することである。
【００２３】
本願発明のさらに別の課題は、半導体チップを封止する封止樹脂を高精度にかつ均一に塗布することが可能なスクリーン印刷装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願の主要な発明は、所定の位置に開口部を有するスクリーン上をスキージを移動させ、前記スクリーンの開口部を通してペースト状物質をワークに塗布するようにしたスクリーン印刷装置において、
前記スキージの前記スクリーンに接する部位に前記ペースト状物質を保持する凹部と、前記スクリーンの開口部を減圧する減圧手段とを設け、前記減圧手段によって減圧した後に前記凹部から前記ペースト状物質を前記スクリーンの開口部に供給することを特徴とするスクリーン印刷装置に関するものである。
【００２５】
ここで前記スキージの前記ペースト状物質を保持する凹部が加圧手段を備え、該加圧手段によって供給するペースト状物質を加圧することが好ましい。また前記スキージの前記スクリーンの開口部を減圧する手段が前記スキージの進行方向において前記ペースト状物質を保持する凹部に対して前方に設けられた凹部であって、吸引手段によって内部が減圧されることが好ましい。また前記スクリーンの開口部を減圧する凹部が前記ペースト状物質を保持する凹部に対して前記スキージのストローク方向の両側に設けられることが好ましい。また前記スキージの前記ペースト状物質を保持する凹部と前記スクリーンの開口部を減圧する凹部との間の隔壁のストローク方向の厚さが前記スクリーンの開口部のストローク方向の寸法よりも大きいことが好ましい。また前記ペースト状物質が導電性ペーストであって、該導電性ペーストを再溶融してボール状電極を形成することが好ましい。また前記ペースト状物質が封止樹脂であって、基板上に実装された半導体チップを封止することが好ましい。
【００２６】
本願発明の好ましい態様は、スクリーン印刷の印刷面と接するスキージの先端側の部分に凹部を複数列設け、これらの凹部の内の少なくとも１列に印刷するペースト状物質を供給する構造を有する印刷用スキージである。ここで上記凹部に供給されるペースト状物質をスキージの先端部から押出すための加圧構造を有することが好ましい。また上記のスキージのペースト状物質が供給される凹部に隣接する他の凹部に減圧構造を設けることが好適である。
【００２７】
上記のような態様によれば、印刷前にスクリーンの開口部を負圧にし、そこに大気圧以上の圧力でペースト状物質を供給印刷することによって、ペースト状物質の均一な印刷と内部残留ボイドの発生が軽減される。また印刷時にペースト状物質の加圧・常圧が一連のプロセスによって行なわれるために、ペースト状物質内のボイドの発生が軽減され、特別な真空脱泡装置を必要とせず、あるいはまた真空脱泡作業が不要になって生産性の向上が図られる。
【００２８】
また上記のような態様は、スキージの内部の凹部からペースト状物質を供給するために、スキージの移動動作によるペースト状物質のスキージの前方におけるローリング現象が発生しない。従ってローリング現象によるペースト状物質への空気の巻込みが防止でき、ボイドの発生の少ない高品質の印刷が行なわれる。また印刷ステージあるいは印刷装置全体を真空にして行なういわゆる真空印刷装置等のような装置を使用することなく、簡単な構造によって上述のような優れた作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本願の主要な発明は、スキージのスクリーンに接する部位にペースト状物質を保持する凹部と、スクリーンの開口部を減圧する減圧手段とを設け、減圧手段によって減圧した後に凹部からペースト状物質を供給するようにしたものである。
【００３０】
従ってこのようなスクリーン印刷装置によれば、減圧手段によって予め減圧された後にペースト状物質が供給されることになり、このために印刷によって塗布されるペースト状物質の内部に空気だまりが発生することが防止される。従って空気だまりによるペースト状物質の量の不均一さの発生が防止されるようになり、高精度な印刷が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１および図２は本実施の形態のスクリーン印刷装置の一例を示すものであって、ここでは回路基板２５上にスクリーン２６を重ね、このスクリーン２６の開口部２７からペースト状物質を塗布するようにしたスクリーン印刷装置である。
【００３２】
開口部２７を所定の位置に形成したスクリーン２６はその４辺を枠体２８によって張設される。そしてその上を移動するスキージ３０はスキージホルダ３１の下側の凹部に保持される。なおスクリーン２６と重合わされる回路基板２５はベースプレート３２上に図２に示すように載置される。そして回路基板２５の周縁部にスペーサ３３を配しておき、これによってスクリーン２６とベースプレート３２との間に隙間を生じないようにしている。
【００３３】
このようなスクリーン印刷装置の大きな特徴は、そのスキージ３０にある。図３は上記スキージ３０を逆様にして示したものであって、スクリーン２６と接触する接合面３６に開口するように保持用凹部３７が形成されるとともに、この保持用凹部３７に対してストローク方向の両側に負圧用凹部３８が形成される。そして上記保持用凹部３７にペースト状物質を供給するためのペースト供給管３９とペースト状物質に圧力を加える圧力調整管４０とが図４に示すように接続される。これに対して負圧用凹部３８には図２に示すように、その内部を負圧にするための減圧吸引管４１が接続される。
【００３４】
次にこのようなスクリーン印刷装置による導電性ペースト４５の印刷の動作を図５によって説明する。印刷用スキージ３０が図５（ａ）の位置から（ｂ）の位置へ移動すると、スクリーン２６の開口部２７が負圧用凹部３８と連通する。従ってこのスクリーン２６の開口部２７が負圧用凹部３８内の気圧と同じ減圧された圧力になる。
【００３５】
この後スキージ３０がさらに（ｃ）から（ｄ）の位置へ移動すると、負圧になっているスクリーン２６の開口部２７に保持用凹部３７がかかり、開口部２７の負圧と圧力調整管４０によって加えられる導電性ペースト４５の圧力の差圧によって、導電性ペースト４５が押出され、スクリーン２６の開口部２７に導電性ペースト４５が流入し、スクリーン２６の開口部２７は導電性ペースト４５で満たされる。
【００３６】
スキージ３０がさらに左方に進行移動することによって、（ｅ）および（ｆ）に示すように、他のスクリーン２６の開口部２７へ上記の印刷動作が順次行なわれ、総ての開口部２７に導電性ペースト４５が充填される。従ってこの後静かにスクリーン２６に対して回路基板２５を下降させることによって、スクリーン２６の開口部２７と対応するように回路基板２５上に導電性ペースト４５が塗布される。この後に回路基板２５をリフロー炉に導くと、上記導電性ペースト４５が再溶融して表面張力により球状になって、回路基板２５上にボール状電極が形成される。
【００３７】
スキージ３０には保持用凹部３７に対してストローク方向の両側、すなわち図２および図５においてその左右両側にそれぞれ負圧用凹部３８が形成されている。従って減圧動作は保持用凹部３７に対して先行する位置にある保持用凹部３８によって減圧をすればよい。従ってスキージ３０の左方への移動と右方への移動の双方の動作でそれぞれ導電性ペースト４５の塗布が行なわれる。
【００３８】
またスキージ３０の保持用凹部３７と負圧用凹部３８との間のストローク方向、すなわち図２および図５における左右の方向の隔壁の肉厚は、スクリーン２６の開口部２７の同方向の寸法よりも大きな値に設定することを要する。保持用凹部３７と負圧用凹部３８との間の隔壁が開口部２７のストローク方向の寸法よりも小さい場合には、スクリーン２６の開口部２７によってスキージ３０の保持用凹部３７と負圧用凹部３８とが連通し、これによって負圧用凹部３８に導電性ペースト４５が流入して負圧用凹部３８が塞がれてしまうからである。
【００３９】
次に別の実施の形態を図６によって説明する。この実施の形態は封止樹脂４８を回路基板２５上に実装された半導体チップ４９の上側に塗布することによって、半導体チップ４９を封止するためのスクリーン印刷装置である。なおスキージ３０の基本的な構造は上記第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
回路基板２５上に予め半導体チップ４９等の電子部品を実装しておく。そして半導体チップ４９の電極と回路基板２５の電極とを接続手段によって予め接続しておく。そしてこのような回路基板２５をスクリーン２６と重合わせるとともに、回路基板２５上の半導体チップ４９をスクリーン２６の開口部２７に整合させる。
【００４１】
このような状態において、スキージ３０を図５（ａ）の位置から（ｂ）の位置へ移動すると、スクリーン２６の開口部２７にスキージ３０の負圧になっている負圧用凹部３８が覆い、これによってスクリーン２６の開口部２７が負圧用凹部３８内の圧力と同じ気圧になる。
【００４２】
この後さらに（ｃ）から（ｄ）の位置へスキージ３０が移動すると、負圧になっているスクリーン２６の開口部２７に封止樹脂４８を保持している保持用凹部３７にかかり、これによってスクリーン２６の減圧された開口部２７の圧力と、圧力調整管４０によって加圧されている導電性ペースト４５の圧力との差圧によって封止樹脂４８が押出され、スクリーン２６の開口部２７に封止樹脂４８が流入し、スクリーン２６の開口部２７が封止樹脂４８で満たされる。
【００４３】
スキージ３０がさらに進行方向に移動することによって、スクリーン２６の他の開口部２７への上記の印刷動作が連続的に行なわれ、これによってスクリーン２６の総ての開口部２７に封止樹脂４８が封止される。従ってこの後スキージが完全に左方へ往動した後に、スクリーン２６から回路基板２５を下方に静かに離すことによって、封止樹脂４８が半導体チップ４９を覆うように回路基板２５上に封止樹脂４８が塗布される。従ってこの後に熱、光、あるいは熱と光とによって封止樹脂４８を硬化させることによって、半導体チップ４９の封止動作が行なわれる。
【００４４】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態は導電性ペースト４５あるいは封止樹脂４８の塗布に関するものであるが、本願発明はその他各種のペースト状物質の塗布に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本願発明は、ペースト状物質を高精度に塗布するためのスクリーン印刷に広く適用可能であって、とくに電子回路装置の製造の際における導電性ペーストや封止樹脂の高精度の印刷に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】スクリーン印刷装置の概略を示す要部斜視図である。
【００４７】
【図２】同スクリーン印刷装置の要部縦断面図である。
【００４８】
【図３】スキージを逆様にした状態の斜視図である。
【００４９】
【図４】図２におけるＡ〜Ａ線断面図である。
【００５０】
【図５】導電性ペーストの印刷動作を示す工程図である。
【００５１】
【図６】封止樹脂の印刷動作を示す工程図である。
【００５２】
【図７】ポール状電極を備えたＢＧＡパッケージの縦断面図である。
【００５３】
【図８】従来の導電性ペーストの印刷動作を示す縦断面図である。
【００５４】
【図９】従来の印刷動作によるボール状電極の形成を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１‥‥半導体チップ、２‥‥補強板、３‥‥接続用ワイヤ、４‥‥封止樹脂、５‥‥開口、６‥‥半田ボール、１０‥‥ベース、１１‥‥回路基板（ワーク）、１２‥‥スクリーン、１３‥‥スキージホルダ、１４‥‥スキージ、１５‥‥導電性ペースト、１６‥‥開口部、１７‥‥空気だまり、１８‥‥ボール状電極、２５‥‥回路基板、２６‥‥スクリーン、２７‥‥開口部、２８‥‥枠体、３０‥‥スキージ、３１‥‥スキージホルダ、３２‥‥ベースプレート、３３‥‥スペーサ、３６‥‥接合面、３７‥‥保持用凹部、３８‥‥負圧用凹部、３９‥‥ペースト供給管、４０‥‥圧力調整管、４１‥‥減圧吸引管、４５‥‥導電性ペースト、４８‥‥封止樹脂、４９‥‥半導体チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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